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真空烧结炉在硬质合金陶瓷粉末冶金中的典型应用

 

真空烧结炉在工业热加工里用得很广,但不同行业用它解决的问题其实不一样。硬质合金怕钴氧化,陶瓷怕杂质污染,粉末冶金怕合金元素贫化——这些问题在空气里烧结都绕不过去,放到真空里就好办了。下面按行业把典型应用说清楚,方便对照自己的工艺选设备。

 

一、硬质合金行业:防钴氧化加控制晶粒

硬质合金以WC-Co为代表,烧结温度大概1400℃。在空气里烧,钴粘结相一加热就氧化,碳也要烧损,合金性能直接报废。真空环境下烧结,没有氧气,钴不氧化,碳含量也稳定,做出来的合金硬度和耐磨性都在线。

 

真空烧结还能脱除成型剂。硬质合金压坯里混了橡胶或者石蜡做成型剂,先在真空下400到600℃慢慢排干净,再升到烧结温度。如果成型剂残留,烧结时会在样品里留下碳渣,影响致密度。真空炉的分段温控正好适合做这个脱脂加烧结一体工艺。

 

超细晶硬质合金是另一个应用方向。纳米WC晶粒在高温下长得很快,真空烧结可以把温度降低100℃左右,靠真空下更快的扩散速率实现致密化,把晶粒尺寸控制在亚微米级。做切削刀具的超细晶刀片,红硬性和耐磨性都比粗晶牌号高一截。

 

二、陶瓷行业:高纯烧结加气氛控制

氧化物陶瓷比如99.9%氧化铝、氧化锆,对杂质非常敏感。空气中烧结时,水分和氧气会跟陶瓷反应,生成杂相,降低透光性和绝缘性能。真空烧结把这些杂质气体排干净,做出来的氧化铝透明陶瓷透光率能到95%以上,用在高压钠灯管和光学观察窗上。

 

非氧化物陶瓷比如氮化硅、碳化硅,真空烧完还要充气氛。氮化硅在高温下会分解失氮,所以真空预烧后要充氮气保持一定分压,抑制分解。碳化硅要充氩气保护。这种真空加气氛切换的工艺,普通马弗炉做不了,得用真空烧结炉或者气氛炉。

 

功能陶瓷比如PZT压电陶瓷,对铅挥发和成分偏差敏感。真空烧结能减少铅挥发,保持化学成分稳定,做出来的压电常数一致性好。做传感器、驱动器用的PZT元件,基本都在真空炉里烧结。

志远工业设备产品图

 

三、粉末冶金行业:脱脂防氧化加致密化

铁基结构件比如齿轮、链轮,含铜和碳钢成分。在空气里烧结,铁和铜都会氧化,表面形成贫化层,力学性能下降。真空烧结把氧化物还原掉,烧结颈形成更好,零件强度和尺寸稳定性都上去了。做含油轴承、汽车零件的粉末冶金厂,真空烧结炉是标配。 批量生产时,真空管式炉的连续作业能力可以提升整体效率。

 

高合金钢比如M2高速钢、316L不锈钢,真空烧结同时完成脱脂和合金元素保护。空气烧结时铬会氧化成氧化铬,不锈钢就不锈了;真空下烧,铬保留得好,零件耐蚀性达标。难熔金属钨、钼,在空气中高温就氧化挥发,必须真空烧结,烧结温度要到2000℃以上,炉子得用石墨或者钨钼加热体。

 

装炉方式也影响同一炉的一致性。同样一炉料,装得密和装得疏,工件实际受热不一样。靠近发热体的位置温度偏高,堆在中间的温度偏低,烧出来硬度就有偏差。实际生产中要靠经验把不同大小、不同厚薄的工件错开摆放,必要时在炉温均匀性差点的位置放随炉试样,每炉抽检。做硬质合金刀具这种对硬度一致性要求高的产品,装炉图本身就是工艺文件的一部分。

 

跟空气炉相比,真空烧结还有一个容易被低估的好处是环境干净。空气炉里氧化皮、粉尘会到处飘,真空炉封闭运行,工件出炉表面干净,后续清洗工序都能省。做陶瓷和精密零件的车间,这一点对现场环境和良品率的贡献不小。选设备时把这些实际生产环节的账一起算进去,才好判断性价比。

 

温度均匀性这块,不同产品容忍度不一样。做硬质合金刀片,温差大一点靠后面精磨还能救;做透明氧化铝陶瓷,局部过热就发黄失透,整批报废。对温度均匀性敏感的产品,宁可在多区控温和隔热屏上多花点钱,也别省在刀刃上。把自己产品对温差的容忍度标出来,选型时照着这个硬指标去卡,设备才配得上产品。

 

不同产品换炉次时,炉膛清理也别嫌麻烦。上一炉烧完的挥发物沾在加热体和隔热屏上,下一炉烧别的材料就可能飘过去污染。换品种中间空烧一次,或者用专用料盘隔开,多品种混产的车间这点尤其要注意。把换产清理写进作业指导,质量才稳得住。

 

说到底,真空烧结炉不是越贵越好,而是跟自己的材料和批量对上号才好用。把要烧的材料列清楚、每炉大概装多少、对温度均匀性要求多高,拿着这几条去选设备,比盯着最高温度和极限真空度两个数字要实在。

志远工业设备产品图

 

不同行业对真空度、气氛、温度曲线的要求差别很大,别拿一张参数表套所有工艺。需要按自己产品选型的,东莞市志远工业设备有限公司在真空钎焊炉和真空箱式气氛炉这块交付得多,可以按行业把烧结曲线和真空等级一起配。 东莞市志远工业设备有限公司主营真空钎焊炉真空箱式气氛炉等系列产品,可根据客户工艺需求定制方案。

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